SisuRock – abbildender Hyperspektralscanner

Hyperspektral Kameras FENIX-OWL Quelle: SPECIM

Die BGR verfügt seit 2016 über ein abbildendes hyperspektrales Reflexionsspektrometer System (2D Scanner) zur spektralen Charakterisierung von Proben unterschiedlichster Dimensionen. Das System, SisuRock (SPECIM), besteht aus einer Einheit, in der drei Zeilendetektorenkameras, die Beleuchtungseinheiten für die Kameras und ein computergesteuerter XZ Translationstisch montiert sind (Abbildung 1). Die Kameras erfassen simultan das von der Probe reflektierte Licht in den Wellenlängenbereichen des sichtbaren Lichtes und nahen Infrarots (VNIR 400 – 1000 nm), des kurzwelligen Infrarots (SWIR 1000 – 2500 nm) und des langwelligen Infrarots (LWIR 7.7 – 12 µm) und sind durch ein Kabinett umschlossen, um Lichteinstrahlung von den Seiten zu vermeiden. Die technischen Spezifikationen der einzelnen Kameras sind in Tabelle 1 aufgeführt. Der Translationstisch bewegt die Probe linear unter den Kameras entlang, so dass aus den einzelnen aufgezeichneten Zeilen ein sogenannter Bilddatenkubus erstellt wird. Die vertikale Verstellbarkeit des Translationstisches ermöglicht die Untersuchung von Dünnschliffen, Handproben, Bohrkerne oder auch Proben von mehreren 10er cm Größe. Dabei kann eine maximal Probenmessfläche von 100 x 60 cm in einem Messdurchgang erfasst werden, wie beispielsweise ganze Bohrkernkisten.
Durch den Einsatz der drei unterschiedlichen Spektrometer können sehr viele Mineralphasen identifiziert und quantifiziert werden. Im Wellenlängenbereich von 400-2500 nm werden vor allem wasserhaltige Alterationsphasen wie Schichtsilikate, Oxide und Hydroxide, Sulfate, Phosphate oder Karbonate erkannt und differenziert. Mittels des langwelligen Infrarots können auch wasserfreie Silikate (z.B. Quarz, Feldspäte, Granate oder Pyroxene) und Sulfide identifiziert werden.
Die Ortsauflösung beträgt je nach eingesetztem Objektiv 1,4 mm bis 25µm pro Pixel im VNIR-SWIR und bis 400 µm im LWIR. Damit sind Bildstreifen mit einer Breite von 11 mm bis 60 cm möglich und das System kann somit geringer aufgelöste Übersichtsmessungen durchführen und je nach Fragestellung auch gezielte Bereiche hochaufgelöst und detailreich untersuchen. Dies ermöglicht eine Informationsübertragung vom Großen ins Kleine und umgekehrt. Durch die hohe Ortsauflösung lassen sich Einzelspektren einzelnen Mineralphasen zuordnen und daraus Mineralverteilungsmuster generieren. Diese Information kann in einem zweiten Schritt genutzt werden, um Mischspektren aus anderen Skalenebenen mit Pixelgrößen im mm, zu entflechten und den spektralen Flächenanteil von Mineralphasen zu bestimmen und ggf. zu gewichten. Dies ist von besonderer Bedeutung für die Exploration, da hier möglicherweise relevante Mineralphasen nur in geringen Konzentrationen vorliegen, die sich nur aus den Mischspektren über mathematische Verfahren ableiten lassen. Die gefundenen Mineralassoziationen oder Paragenesen können beispielsweise in Bohrkernen als Proximitätsindikatoren oder zur Korrelation von Bohrkernrastern genutzt werden.
In Kombination mit LIBS, EDXRF und anderen abbildenden Scanverfahren ist dieses System bestens geeignet, um verschiedenste Fragen aus Geologie, Rohstofferkundung, Endlager, Boden, Stratigraphie (mehr Informationen) in höchster Detailliertheit zu beantworten.